ورقة بيانات شاشة LED طراز LTP-1457AKY - ارتفاع المصفوفة 1.2 بوصة (30.42 مم) - لون العنبر الأصفر من مادة AlInGaP - مصفوفة نقاط 5x7 - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد LTP-1457AKY وحدة عرض أبجدية رقمية ذات رقم واحد، مصممة للتطبيقات التي تتطلب إخراج أحرف واضح وقابل للقراءة. مكونها الأساسي هو تكوين مصفوفة نقاط 5x7، مما يوفر الدقة اللازمة لمجموعات الأحرف القياسية ASCII وEBCDIC. السمة البصرية المميزة لها هي انبعاث اللون العنبري الأصفر، والذي يتم تحقيقه باستخدام رقائق LED من مادة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم). تشتهر هذه المادة شبه الموصلة بكفاءتها العالية ووضوح رؤيتها الجيد. يتميز العرض الفيزيائي بوجود لوحة وجه رمادية مع نقاط بيضاء، مما يوفر خلفية عالية التباين للعناصر المضيئة، مما يعزز قابلية القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة.

تم تصميم الجهاز ليكون منخفض استهلاك الطاقة وذو موثوقية عالية من الحالة الصلبة، مما يجعله مناسبًا للتكامل في مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية. يضمن بناؤه ذو المستوى الواحد وزاوية الرؤية الواسعة أن تكون المعلومات المعروضة مرئية من منظورات متعددة. إحدى الميزات الميكانيكية الرئيسية هي قابلية التكديس الأفقي، مما يسمح بوضع وحدات متعددة جنبًا إلى جنب لتشكيل شاشات عرض متعددة الأحرف دون فجوات كبيرة، وهو أمر ضروري لإنشاء رسائل أو قراءات رقمية.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 الخصائص البصرية

يعد الأداء البصري محورًا رئيسيًا لوظيفة العرض. المصدر الأساسي هو رقائق LED من مادة AlInGaP المزروعة على ركيزة GaAs غير شفافة. الطول الموجي النموذجي لذروة الانبعاث (λp) هو 595 نانومتر، مع طول موجي مهيمن (λd) يبلغ 592 نانومتر، مما يضع الناتج بقوة في طيف اللون العنبري الأصفر. نصف عرض الخط الطيفي (Δλ) هو 15 نانومتر، مما يشير إلى انبعاث لوني نقي نسبيًا. يتم تحديد متوسط شدة الإضاءة (Iv) لكل نقطة بحد أدنى 2100 μcd وقيمة نموذجية تبلغ 3800 μcd تحت حالة اختبار تيار ذروة 80 مللي أمبير ودورة عمل 1/16. نسبة مطابقة شدة الإضاءة بين النقاط هي 2:1 كحد أقصى، مما يضمن سطوعًا موحدًا عبر مصفوفة الأحرف.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد المعلمات الكهربائية حدود التشغيل والشروط الخاصة بالعرض. يتراوح جهد الأمام (Vf) لأي نقطة LED فردية بشكل نموذجي من 2.05 فولت إلى 2.6 فولت عند تيار أمامي (If) قدره 20 مللي أمبير. يقتصر تيار العكس (Ir) على حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (Vr) قدره 5 فولت. هذه المعلمات حاسمة لتصميم دائرة القيادة الصحيحة لضمان طول العمر والأداء.

2.3 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم. يجب ألا تتجاوز تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة 25 مللي واط. يتم تصنيف تيار الأمام الذروة لكل نقطة عند 60 مللي أمبير، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). يحتوي متوسط تيار الأمام لكل نقطة على عامل تخفيض قدره 0.17 مللي أمبير/°C بدءًا من 25°C. أقصى جهد عكسي لكل نقطة هو 5 فولت. تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل وتخزين يتراوح من -35°C إلى +85°C. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام 260°C لأكثر من 3 ثوانٍ عند نقطة 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس أثناء التجميع.

3. معلومات الميكانيكا والتغليف

3.1 الأبعاد الفيزيائية

يبلغ ارتفاع المصفوفة للعرض 1.2 بوصة (30.42 مم). يتم توفير أبعاد العبوة الإجمالية في رسم تفصيلي داخل ورقة البيانات، بجميع القياسات بالمليمترات. التسامحات القياسية لهذه الأبعاد هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تم تصميم العبوة لتسهيل ميزة التكديس الأفقي المذكورة في النظرة العامة.

3.2 تكوين الأطراف والدائرة الداخلية

تتكون واجهة الجهاز من 14 طرفًا. تكوين الأطراف هو كما يلي: الطرف 1: كاثود الصف 5؛ الطرف 2: كاثود الصف 7؛ الطرف 3: أنود العمود 2؛ الطرف 4: أنود العمود 3؛ الطرف 5: كاثود الصف 4؛ الطرف 6: أنود العمود 5؛ الطرف 7: كاثود الصف 6؛ الطرف 8: كاثود الصف 3؛ الطرف 9: كاثود الصف 1؛ الطرف 10: أنود العمود 4؛ الطرف 11: أنود العمود 3 (ملاحظة: وظيفة مكررة مع الطرف 4، ربما خطأ في ورقة البيانات أو اتصال داخلي محدد)؛ الطرف 12: كاثود الصف 4 (مكرر للطرف 5)؛ الطرف 13: أنود العمود 1؛ الطرف 14: كاثود الصف 2.

يظهر مخطط الدائرة الداخلية تكوين كاثود مشترك قياسي لمصفوفة 5x7. تتقاطع خطوط الصفوف السبعة (الكاثودات) وخطوط الأعمدة الخمسة (الأنودات) عند نقاط LED الـ 35. لإضاءة نقطة محددة، يجب دفع كاثود الصف المقابل لها إلى مستوى منخفض (موصول بالأرض) بينما يتم دفع أنود العمود الخاص بها إلى مستوى مرتفع (يتم تزويده بالتيار عبر مقاومة تحديد تيار). يقلل هذا الترتيب المصفوفي من عدد أطراف القيادة المطلوبة (12 لمصفوفة 5x7 بدلاً من 35 للنقاط الفردية).

4. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

4.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا العرض مثالي للتطبيقات التي تتطلب حرفًا أبجديًا رقميًا واحدًا عالي الوضوح. تشمل الاستخدامات الشائعة مؤشرات الحالة على لوحات التحكم الصناعية، والقراءات الرقمية على معدات الاختبار والقياس، وعروض الأحرف الفردية في الأنظمة المدمجة لتصحيح الأخطاء أو الإشارة إلى الوضع، وككتل بناء للوحات متعددة الأرقام في أدوات مثل الساعات، والعدادات، أو لوحات الرسائل البسيطة.

4.2 اعتبارات التصميم والقيادة

يتطلب قيادة مصفوفة 5x7 مخطط تعدد إرسال. نظرًا لأنه يجب تنشيط صف واحد فقط في كل مرة لمنع الظلال والاستهلاك المفرط للتيار، فإن هناك حاجة إلى متحكم دقيق أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة العرض للدوران عبر الصفوف السبعة بسرعة (عادة بمعدل >60 هرتز لتجنب الوميض). يتم إرسال بيانات العمود للصف النشط في وقت واحد. يجب حساب متوسط تيار الأمام لكل نقطة بناءً على تيار الذروة ودورة العمل (1/7 للتعدد القياسي صفًا في كل مرة). على سبيل المثال، لتحقيق متوسط تيار نقطة مرغوب فيه قدره 10 مللي أمبير، سيكون تيار الذروة المطلوب خلال وقت الصف النشط 70 مللي أمبير (10 مللي أمبير * 7 صفوف). يجب التحقق من ذلك مقابل التصنيف الأقصى المطلق لتيار الذروة (60 مللي أمبير عند دورة عمل 1/10). لذلك، فإن الحساب الدقيق لمخطط التعدد الإرسال ومقاومات تحديد التيار أمر ضروري. يسمح نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع بالاستخدام في بيئات غير خاضعة للتحكم المناخي.

5. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن هذه المنحنيات تشمل بشكل عام:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا العلاقة بين التيار المار عبر LED والجهد عبره. إنه غير خطي، مع جهد تشغيل (حوالي 2 فولت لـ AlInGaP) وبعد ذلك يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد. هذا المنحنى حيوي لاختيار قيمة مقاومة تحديد التيار المناسبة في دائرة قيادة بجهد ثابت.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح هذا المنحنى كيف يزداد إخراج الضوء مع زيادة التيار. إنه خطي بشكل عام على مدى معين ولكنه سيشبع عند تيارات عالية جدًا. يعد التشغيل داخل المنطقة الخطية مهمًا للتحكم في السطوع عبر تعديل عرض النبضة (PWM).
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا تخفيض إخراج الضوء مع زيادة درجة حرارة تقاطع LED. بالنسبة لـ AlInGaP، تنخفض الكفاءة عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يعني أن العرض قد يبدو أكثر خفوتًا في بيئات درجة الحرارة العالية إذا لم يتم تعويض ذلك بواسطة تيار القيادة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر تركيز إخراج الضوء حول الطول الموجي المهيمن (592 نانومتر) وعرض الطيف (نصف عرض 15 نانومتر).

يجب على المصممين الرجوع إلى هذه المنحنيات لتحسين ظروف القيادة من أجل السطوع والكفاءة وطول العمر عبر نطاق درجة حرارة التشغيل المقصود.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المعلمة الحرجة للتجميع هي تحمل حرارة اللحام. يمكن للأطراف تحمل أقصى درجة حرارة تبلغ 260°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة. هذا تصنيف قياسي لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق. من الضروري الالتزام بهذا الحد لمنع تلف الروابط السلكية الداخلية أو رقائق LED نفسها. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل والتجميع، حيث أن LEDs حساسة للكهرباء الساكنة. يجب أن يكون التخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -35°C إلى +85°C في بيئة منخفضة الرطوبة.

7. المقارنة الفنية والتمييز

المميزات الأساسية لـ LTP-1457AKY هي استخدامها لتكنولوجيا AlInGaP وعامل شكلها الميكانيكي المحدد. مقارنة بتقنيات LED الأقدم مثل GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى، مما يؤدي إلى إخراج أكثر سطوعًا لنفس المدخلات الكهربائية، ونقاء لوني أفضل. غالبًا ما يتم اختيار اللون العنبري الأصفر لتأثيره البصري العالي والسطوع الملحوظ للعين البشرية. ارتفاع الحرف 1.2 بوصة هو حجم محدد قد يكون أكبر من الشاشات الشائعة 0.56 بوصة أو 0.8 بوصة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها مسافة المشاهدة أكبر أو تكون الرؤية أمرًا بالغ الأهمية. قابلية التكديس الأفقي هي ميزة عملية غير موجودة دائمًا في العروض المماثلة، مما يبسط تصميم مصفوفات الأحرف المتعددة.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: كيف أقوم بقيادة هذه الشاشة باستخدام متحكم دقيق؟

ج: تحتاج إلى 12 طرف GPIO على الأقل (7 للصفوف، 5 للأعمدة). نفذ روتين مسح يقوم بتنشيط صف واحد (كاثود منخفض) في كل مرة مع تطبيق النمط لذلك الصف على أطراف العمود الخمسة (الأنود) عبر مقاومات تحديد تيار. يجب أن يكون المسح سريعًا بما يكفي لتجنب الوميض (معدل إطار >60 هرتز).

س: ما قيمة مقاومة تحديد التيار التي يجب أن أستخدمها؟

ج: يعتمد ذلك على جهد الإمداد (Vcc) وتيار التشغيل المطلوب. استخدم الصيغة: R = (Vcc - Vf) / If. لإمداد 5 فولت و Vf نموذجي 2.3 فولت عند 20 مللي أمبير، R = (5 - 2.3) / 0.02 = 135 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 130 أوم أو 150 أوم). تذكر أن هذا للتشغيل الثابت المستمر؛ للتشغيل متعدد الإرسال، سيكون تيار الذروة أعلى.

س: هل يمكنني استخدام هذه الشاشة في الهواء الطلق؟

ج: نطاق درجة حرارة التشغيل (-35°C إلى +85°C) واسع جدًا، مما يشير إلى المتانة. ومع ذلك، لا تحدد ورقة البيانات تصنيف IP (الحماية من التسرب) لمقاومة الماء أو الغبار. للاستخدام في الهواء الطلق، من المحتمل أن تحتاج الشاشة إلى أن تكون خلف نافذة واقية أو داخل غلاف محكم لمنع دخول الرطوبة والأوساخ، مما قد يتلف الإلكترونيات أو يحجب الوجه.

س: لماذا توجد وظائف أطراف مكررة (مثل الطرف 4 و 11، الطرف 5 و 12)؟

ج: من المحتمل أن يكون هذا خطأ في مقتطف جدول اتصال الأطراف المقدم. في مصفوفة 5x7 القياسية، هناك حاجة إلى 12 إشارة فريدة فقط (5 أعمدة + 7 صفوف). قد تكون المكررات متصلة داخليًا بنفس العقدة لتوفير خيارات توجيه PCB بديلة أو قد تكون خطأ في التوثيق. مخطط الدائرة الداخلية هو المصدر الموثوق للاتصال.

9. مقدمة في مبدأ التشغيل

المبدأ الأساسي يعتمد على الالكترولومينيسانس لأشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الثنائي عبر تقاطع p-n لـ AlInGaP، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لطبقات الألومنيوم، والإنديوم، والغاليوم، والفوسفيد طاقة فجوة النطاق، والتي ترتبط مباشرة بطول الموجة (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، العنبري الأصفر. مصفوفة 5x7 هي تقنية عنونة تقلل عدد خطوط التحكم المطلوبة من 35 (واحد لكل نقطة) إلى 12 (صفوف + أعمدة) عن طريق ترتيب LEDs في شبكة. يتم التحكم في الإضاءة عن طريق تنشيط نقاط التقاطع للصفوف والأعمدة المزودة بالطاقة بشكل انتقائي.

10. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل الشاشات مثل LTP-1457AKY تكنولوجيا ناضجة وموثوقة للإخراج الأبجدي الرقمي الفردي ومنخفض الأرقام. بينما أصبحت شاشات الرسومات الأكبر وOLEDs سائدة للمعلومات المعقدة، تظل وحدات مصفوفة النقاط LED المنفصلة ذات صلة عالية في التطبيقات الصناعية والأدوات والأنظمة المدمجة بسبب بساطتها ومتانتها وسطوعها العالي وزوايا الرؤية الواسعة وعمرها الافتراضي الممتاز. كان التحول من مواد LED الأقدم إلى AlInGaP، كما هو موضح في هذا الجهاز، اتجاهًا مهمًا أدى إلى تحسين الكفاءة ونطاق الألوان. قد تشمل الاتجاهات الحالية في قطاعات العرض المماثلة دمج دائرة القيادة على الوحدة نفسها (تتطلب فقط مدخلات بيانات تسلسلية وطاقة)، واستخدام مواد أكثر كفاءة مثل InGaN لألوان مختلفة، وتصميمات محسنة لعمليات التجميع الآلي. تضمن المزايا الأساسية للموثوقية الصلبة، وانخفاض استهلاك الطاقة، والرؤية العالية استمرار استخدام هذه التكنولوجيا في مجالات متخصصة محددة.